4 各部分电路设计及参数计算
4.1各部分电路设计
振荡器电路属于一种信号发生器类型，即表现为没有外加信号的情况下能自动生成具有一定频率、一定波形、一定振幅的周期性交变振荡信号的电子线路。振荡器起振时是将电路自身噪声或电源跳变中频谱很广的信号进行放大选频。此时振荡器的输出幅值是不断增长的，随着振幅的增大，放大器逐渐由放大区进入饱和区或者截止区，其增益逐渐下降，当放大器增益下降而导致环路增益下降到1时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡，进入等幅振荡状态。振荡器进入平衡状态后，直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。
4.1.1串联型晶体振荡器
在串联型晶体振荡器中，晶体接在振荡器要求低阻抗的两点之间，通常接在反馈电路中。图4-1和图4-2显示出了一串联型振荡器的实际路线和等效电路。可以看出，如果将石英晶体短路，该电路即为电容反馈的振荡器。电路的实际工作原理为：当回路的谐振频率等于晶体的串联谐振频率时，晶体的阻抗最小，近似为一短路线，电路满足相位条件和振幅条件，故能正常工作；当回路的谐振频率距串联谐振频率较远时，晶体阻抗增大，是反馈减弱，从而使电路不能满足振幅条件，电路不能正常工作。
图4-1 串联型晶体振荡器实际电路 图4-2 串联型晶体振荡器等效电路
串联型晶体振荡器只能适应高次泛音工作，这是由于晶体只起到控制频率的作用，对
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回路没有影响，只要电路能正常工作，输出幅度就不受晶体控制。
4.1.2并联型晶体振荡器
c-b型并联晶体振荡器的典型电路如图4-3所示，振荡管的基极对高频接地，晶体接集电极与基极之间，C2和C3位于回路的另外两个电抗元件，振荡器的回路等效电路如图4-4所示，它类似于克拉泼振荡器，由于Cq非常小，因此，晶体振荡器的谐振回路与振荡管之间的耦合电容非常弱，从而使频率稳定度大大提高。由于晶体的品质因数很高，故其并联谐振阻抗也很高，虽然接入系数很小，但等效到晶体管CE两端的阻抗仍很高，因此放大器的增益高，电路容易满足振幅齐起振条件。
图4-3 c-b型并联晶体振荡器实际线路
图4-4 c-b型并联晶体振荡器等效线路
b-e型并联晶体振荡器的典型电路如图4-5所示，该电路是一个双回路振荡器，它的固有谐振频率略高于振荡器的工作频率，负载回路选用的是并联谐振回路，可以抑制其他谐波，有利于改善输出波形，并且电路的输出信号较大，但频率稳定度不如b-c型振荡电路，因为在b-e型电路中，石英晶体则接在输入阻抗低的b-e之间，降低了石英晶体的标准性。其等效电路如图4-6所示。
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图4-6 b-e型并联晶体振荡器等效电路
图4-5 b-e型并联晶体振荡器实际电路
和一般LC振荡器相比，石英晶体振荡器在外界因素变化而影响到晶体的回路固有频率时，它还具有使频率保持不变的电抗补偿能力，原因是石英晶体谐振器的等效电感Le与普通电感不同，当频率由Wq变化到Wo时，等效电感值将由零变到无穷大，这段曲线十分陡峭，而振荡器又刚好被限定在工作在这段线性范围内，也就是说，石英晶体在这个频率范围内具有极陡峭的相频特性曲线，因而它具有很高的电感补偿能力。而本次设计为并联谐振型晶体振荡器。 4.1.3 元器件参数的计算 a 确定三极管静态工作点
正确的静态工作点是振荡器能够正常工作的关键因素，静态工作点主要影响晶体管的工作状态，若静态工作点的设置不当则晶体管无法进行正常的放大，振荡器在没有对反馈信号进行放大时是无法工作的。振荡器主电路的静态工作点主要由R1、R2、R4、W决定，将电感短路，电容断路，得到直流通路如图4-7所示。
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图4-7 直流通路等效电路
高频振荡器的工作点要合适，若偏低、偏高都会使振荡波形产生严重失真，甚至停振。实际中取ICQ=0.5~5mA之间，若取ICQ=2mA，VCEQ?6V，则有：
Re?Rc?VCC?VCEQICQ?(12?6)V?3k?
2mA (4.1.1)
为提高电路的稳定性，Re值可适当增大，取Re=1k?，则Rc=2k?，则有：
VEQ?ICQ?Re?2mA?1k??2V (4.1.2) IBQ?ICQ/??电流Ib2为10IBQ，则Ib2=10IBQ=0.33mA，则取：
2mA?0.033mA若取流过Rb2的60VBQ?Rb2?VCC?VEQ?0.7V?2V?0.7V?2.7V
Rb1?Rb22.7V?8.2k?,Rb1?28.2k?
0.33mA(4.1.3) (4.1.4)
Rb2?VBQ/Ib2?
实际电路中，Rb1可用6.8k?与50k?电位器串联，Rb2可以取10k?，以便工作点的调整。
b交流参数的确定
对于振荡器，当电路接为并联型振荡器时，晶体起到等效电感的作用，输出频率应为
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10MHZ，则由f0=1/2πLC知负载电容CL=33.3pF，即C2，C3，C4串联后的总电容为33.3
pF，则取C2=100pF，C3=100pF，C4=100pF。为了提高振荡器的工作性能和稳定度，在电路中还应有高频扼流圈，一般取扼流圈L1=10uH。
实验数据： (2) 实验结论： (2)
开关闭合时：fo=10.00173MHz,Uo=61.6mV; 开关断开时：fo=10.00174MHz,Uo=63.5mV;
由于石英晶体的等效电感非常大，故品质因数Q很大，所以石英晶体振荡
电路有很高的稳定性。
对比发现，负载变化对振荡频率影响很小，影响振荡频率的主要因素为温
度。
有无负载对频率的影响
OFF R5 f 10.00173MHz 10.00174 MHz - 10 -
(1) U4min=0.36V,U4max=6.10V;
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